從Grand Renewable Energy 2014看未來能源發展

刊登日期:2014/11/24
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曾仕君 / 工研院材化所

前言
今年在日本舉辦的 Grand Renewable Energy 2014 International Conference and Exhibition 是能源領域中受到相當多關注的國際會議,會議中包含了 12大項的能源議題與技術發展,其中包括了:太陽能電池( Photovoltaic )、氫能( Hydrogen )、燃料電池( Fuel Cell )、風能( Wind )、潮汐( Ocean )等等。這些議題的技術發展有的剛剛起步;有的已經發展多年,但若由目前地球的環境保護與各國的利益與政策觀點來審視,則這些技術仍有許多有待突破的地方。包括:太陽能電池的轉換效率及其使用壽命、氫能的儲存與安全性、燃料電池所使用的材料以及轉換效率、風能的高製作成本、噪音、轉換效率與維護,以及海洋資源的應用等。此外,在各國的利益與政策中也提出了,世界各國是否會在未來因為地球資源短缺進而破壞了和平。故在技術層面上看來,首要突破的在於無論是新興能源或是再生能源,其技術是否能夠再度突破現狀,例如:材料開發與模組化之後的轉換效率等等。另外,在國家的層面則是針對自身的國家利益與政策是否可以達到提升國家競爭力。此次會議共有883篇論文(包括 Oral 和 Poster )發表,其中日本佔了 568篇,其他各國 315篇。

另外,在能源會議舉辦的同時,能源產品展也同步登場。在此展覽中,可以發現日本各企業對於各項能源技術的創新與突破,各企業投入非常多的經費與研究,除了基於對地球環保的思維與各國政策方向外,還包含了311強震導致的核能災害,讓日本人更加珍惜與環保相關的資源。日本國內獨立屋數量相對多,在國家政策鼓勵與補助下,願意在自家屋頂裝設太陽能電池的家庭相當多,因此,太陽能電池在日本的發展相對普及,這也顯示出日本上下對保護國土、保護地球是相當重視與團結的。此外,在太陽能電池所需的支架方面,日本許多公司也努力開發研究,這主要有兩個原因:(1).避免開挖山林,破壞大自然;(2).延長支架的使用年限,使其大過於太陽能電池。另外,在風能的發展上,日本已朝向在外海建置風能系統,主要原因有二:(1).避免風能系統所產生的噪音造成附近居民生活的困擾;(2).配合另外一項能源---海洋潮汐的發展。從以上兩點可以發現,日本的思維是朝向長遠計畫的執行而非短期。此外,日本 TOYOTA車廠也在展示場展出最新的技術開發與走在前端的創新佈局,其中包括了汽車核心的引擎設計與製作,而這些技術預計在近幾年就會有實質產品問世。

發展趨勢
以下將依個人在會議中所聽取到與海報討論到的心得,針對 12大領域中的6項發展趨勢,以各項能源的技術應用方向分述如下。
2. Photovoltaic
太陽能電池在眾多能源技術開發中屬於較成熟的能源;已經發展多年且目前已有許多的應用,轉換效率也不斷提升。本文所述則傾向於日本在太陽能產業的現狀與問題。日本從 2012年七月開始執行 Feed-In Tariff (FIT) 計畫,根據這個計畫目標評估了現階段日本在PV系統中的狀態,詳細內容如圖二所示,從內容中可以發現,無論是執行計畫數量或電力容量,在 2012年底皆迅速增加,但 2013開始減緩,這主要是來自於價格產品種類以及風險等因素。在此之前,PV的發展與裝設主要是以Eco-friendly與個人使用消費電力出發,隨後漸轉入個人擁有且可以出售電力。所以從商業的角度上考量,除了----以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖二、FIT 認證趨勢圖

5. Green Building and Zero Energy Building
綠建築的概念一直以來都受到許多的關注,其目標是”Zero-energy”,然而一般的所謂的綠建築仍須仰賴各種能源系統來進行轉換。目前,美國密西根大學的研究者 L. Junghans進行一項研究計畫:”Concept 2226 A high performance case study building without active heating and cooling devices”,稱作 2226,意即在建築物中不需要任何冷、熱與空氣循環空調系統即可在內部溫度 22-26℃區間有最舒服的環境。此綠建築在 2013年七月在氣候偏寒的奧地利建置完成,最核心的技術在於建築物的外觀,如圖七所示。在圖中可以看到 72 cm厚的磚牆結構其具有隔熱與極度緻密效果,每個結構所測到的 U-value 約 0.08-0.1W/m2K,這個數值低於傳統的相同建築( U-value~ 0.15-0.12 W/m2K ),完成此項計畫包括兩個系統:1.建築物內部釋放的能量可以在寒冷季節自動回補所需要的熱能;2.自動監測系統可以依據內部環境的二氧化碳濃度、溫度以及其他需求來自動調節空氣的循環。此外,在建築物的頂端設置----以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖七、建置在奧地利的綠色建築影像

★完整內容請見下方附檔。


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